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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
半軸套管-面鉆孔專用機(jī)床設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
組合機(jī)床組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面 等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
本文對(duì)半軸套管孔的加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析，就其孔的加工提出了“一次裝夾，多工位加工，達(dá)到產(chǎn)品圖樣的精度要求”的思路。根據(jù)這一思路設(shè)計(jì)了鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)。
該組合機(jī)床由立柱、立柱底座、中間底座、液壓滑臺(tái)、動(dòng)力箱、多軸箱等組成。本文對(duì)各部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和論證。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床,多軸箱,主軸箱,夾具
Abstract
Combination of machine tools is based on common components, according to the workpiece with a specific shape and design of the processing components and special fixture, the composition semiautomatic or automatic special machine. Processing, workpiece generally does not rotate, by movement of the rotatable cutter and tool and workpiece relative feed movement, to achieve the drilling, reaming, counterboring, reaming, boring, milling, cutting and processing of external thread face and etc.. Some combination machine adopts clamping workpiece machining head to rotate, by the tool for the feed movement, also can achieve some rotating parts ( such as car rear axle flywheel, etc.) of the face and processing.
The half shaft bushing hole machining process was analyzed in detail, its hole on the processing of "a fixture, multi-site processing, product design to achieve the required accuracy " train of thought. According to this design drill hole modular machine tool design.
The combination of machine tools by a column, column base, intermediate base, hydraulic slipway, the power box, box. In this paper, on the part of the design of the detailed calculation and verification.
Key words: modular machine tool, spindle, spindle box, fixture
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
目 錄 4
1緒 論 6
1.1 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀 6
1.1.1 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀 6
1.1.2 國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀 7
1.2 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求 8
1.2.1 設(shè)計(jì)的目的 8
1.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 8
1.2.3 設(shè)計(jì)要求 9
1.2.4 機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 9
1） 調(diào)查研究 9
2） 擬定方案 9
3） 工作圖設(shè)計(jì) 9
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 10
2.1 組合機(jī)床方案的制定 10
2.1.1 制定工藝方案 10
2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。 10
2.2 確定切削用量及選擇刀具 12
2.2.1 確定工序間余量 12
2.2.2 選擇切削用量 12
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 13
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 14
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 14
2.3.1 被加工零件工序圖 14
2.3.2 加工示意圖 15
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 19
2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 21
2.4 多軸箱的設(shè)計(jì) 23
2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 23
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇 24
2.4.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 24
2.3.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 26
2.3.5 傳動(dòng)零件的校核 26
第3章 夾具設(shè)計(jì) 27
3.1 夾具概述 27
3.1.1 夾具分類 27
3.1.2 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 27
3.1.3 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 28
3.2 夾具設(shè)計(jì)任務(wù) 28
3.3 零件分析 28
3.4 定位機(jī)構(gòu) 28
3.5 夾緊機(jī)構(gòu) 29
4 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 30
4.1調(diào)速回路的選擇 30
4.2油源及其壓力控制回路的選擇 31
4.3快速運(yùn)動(dòng)與換向回路 31
4.4速度換接回路 32
4.5壓力控制回路 32
4.6行程終點(diǎn)的控制方式 32
4.7組成液壓系統(tǒng)繪原理圖 32
第5章 電路設(shè)計(jì) 34
5.1繪制系統(tǒng)電器控制的結(jié)構(gòu)框圖 34
5.2選擇中央處理器的類型 34
5.3存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 34
5.4 I/O口接口電路設(shè)計(jì) 35
5.5 8031單片機(jī)的基本特性 35
5.6 8031芯片引腳及其功能 35
5.7 8031芯片內(nèi)部的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及地址分配 37
結(jié) 論 42
參考文獻(xiàn) 43
1緒 論
1.1 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀
世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國(guó)問(wèn)世，30年代后組合機(jī)床在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。
現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來(lái)愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
1.1.1 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀
我國(guó)加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢(shì)頭，截至2005年4月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3.9個(gè)億以上，較2004年同比增長(zhǎng)了10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高，可見(jiàn)行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。
（1）行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化
組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對(duì)汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，隨著我國(guó)加入WTO后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來(lái)看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場(chǎng)需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機(jī)床則有下降趨勢(shì)，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會(huì)的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表》是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)全國(guó)大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床890臺(tái)，產(chǎn)值16187萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心178臺(tái)，產(chǎn)值5770萬(wàn)元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985臺(tái)，產(chǎn)值25838萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心159臺(tái)，產(chǎn)值7099萬(wàn)元；而2005年，截至4月份，數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平，故市場(chǎng)在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。
（2）行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變
“九五”后期，在組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)的50多家組合機(jī)床分會(huì)會(huì)員中，僅有兩家企業(yè)實(shí)行了股份改造，一家企業(yè)退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，其余的都是國(guó)有企業(yè)。而從2001至2002年，不到兩年的時(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，現(xiàn)在一些國(guó)家重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢(shì)不可檔，“民營(yíng)經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個(gè)階段后，煥發(fā)勃勃生機(jī)?！苯M合機(jī)床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營(yíng)化等多種形式快速發(fā)展。
（3）組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體是綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國(guó)的傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來(lái)越受人們是親昧，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。
由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)組合機(jī)床及其組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過(guò)去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。
1.1.2 國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀
80年代以來(lái)，國(guó)外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：
（1）廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)
國(guó)外主要的組合機(jī)床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機(jī)床通用部件,在組合機(jī)床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且?jiàn)A具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進(jìn)一步提高了組合機(jī)床的工作可靠性和加工精度。廣州標(biāo)致汽車公司由法國(guó)雷諾公司購(gòu)置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺(tái)自動(dòng)換箱組合機(jī)床組成的,其全部動(dòng)作均為數(shù)控,包括自動(dòng)上下料的交換工作臺(tái)、環(huán)形主軸箱庫(kù)、動(dòng)力部件和夾具的運(yùn)動(dòng),其節(jié)拍時(shí)間為58秒。
(2)發(fā)展柔性技術(shù)
80年代以來(lái),國(guó)外對(duì)中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭、可換主軸箱等組成的組合機(jī)床;同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展,開(kāi)發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。
(3)發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)
汽車工業(yè)的大發(fā)展,對(duì)自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序,而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動(dòng)碼垛、裝箱等。德國(guó)大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價(jià)9000萬(wàn)馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動(dòng)化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對(duì)稱布置的自動(dòng)線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時(shí)間為40秒。全線由12臺(tái)雙面組合機(jī)床、18臺(tái)三坐標(biāo)加工單元、空架機(jī)器人、線兩端的毛坯庫(kù)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成,可實(shí)現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C(jī)器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗(yàn)、檢測(cè)、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。
(4)進(jìn)一步提高工序集中程度
國(guó)外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對(duì)組合機(jī)床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺(tái)、多坐標(biāo)通用部件、移動(dòng)主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫(kù),通過(guò)換刀加工實(shí)現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求
1.2.1 設(shè)計(jì)的目的
通過(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們?cè)跀M定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。
1.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容
(1)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)床的切削用量，通過(guò)分析比較擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)誤差。
(2)動(dòng)力設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的工件，初算傳動(dòng)軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動(dòng)力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4)編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書
1.2.3 設(shè)計(jì)要求
評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”才會(huì)受到用戶的歡迎，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上才有競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。
1.2.4 機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟
1） 調(diào)查研究
研究市場(chǎng)和用戶對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報(bào)、預(yù)測(cè)、實(shí)驗(yàn)研究成果、發(fā)展趨勢(shì)、新技術(shù)應(yīng)用以及相應(yīng)的圖紙資料等。甚至還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)檢索技術(shù)查閱先進(jìn)國(guó)家的有關(guān)資料和專利等。通過(guò)對(duì)上述資料的分析研究，擬訂適當(dāng)?shù)姆桨?，以保證機(jī)床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
2） 擬定方案
通?？梢詳M定出幾個(gè)方案進(jìn)行分析比較。每個(gè)方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、電系統(tǒng)、主要部件的結(jié)構(gòu)草圖、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。
在制定方案時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
（1） 當(dāng)使用和制造出現(xiàn)矛盾時(shí)，應(yīng)先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進(jìn)的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)；
（2） 設(shè)計(jì)必須以生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，凡是未經(jīng)實(shí)踐考驗(yàn)的方案，必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明可靠后才能用于設(shè)計(jì)；
（3） 繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進(jìn)工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化服務(wù)。注意吸取前人和國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。
3） 工作圖設(shè)計(jì)
首先，在選定工藝方案并確定機(jī)床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙的設(shè)計(jì)。這些圖子包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計(jì)。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機(jī)床各部件間的相互關(guān)系。
然后，整理機(jī)床有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算書，編制各類零件明細(xì)表，編寫機(jī)床說(shuō)明書等技術(shù)文件。
最后，對(duì)有關(guān)圖紙進(jìn)行工藝審查和標(biāo)準(zhǔn)化審查。
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)
2.1 組合機(jī)床方案的制定
2.1.1 制定工藝方案
零件加工工藝將決定組合機(jī)床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。所以，在制定工藝方案時(shí)，必須計(jì)算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場(chǎng)了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過(guò)程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場(chǎng)所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。
根據(jù)被加工被零件（半軸套管）的零件圖（圖2-1），加工四個(gè)通孔的工藝過(guò)程：
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
4個(gè)孔通孔直徑Φ17。
孔的位置度公差為0.5mm。
工件材料為HT200。
要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量3萬(wàn)件，大批量生產(chǎn)
(2) 工藝分析
加工該孔時(shí)，根據(jù)組合機(jī)床用的工藝方法及能達(dá)到的精度，可采用如下的加工方案：
一次性加工通孔，孔徑為Φ17。
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
加工此零件上的孔，底面限制三個(gè)自由度，斷面限制三個(gè)自由度，位于中間的方孔起到了很好的定位作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動(dòng)量，由于工件是大批量生產(chǎn)，夾具在本設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就認(rèn)為是人工夾緊。
2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件需要在組合機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。半軸套管鉆孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機(jī)床。為了加工出表面粗糙度為Ra3.2um的孔，采取提高機(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機(jī)床通常采用尾置式齒輪動(dòng)力裝置，進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示
圖2.1 被加工零件圖
(2) 被加工零件的特點(diǎn)
這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn)，它們對(duì)機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此半軸套管的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ17。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動(dòng)，及發(fā)熱變形對(duì)工件影響可以不計(jì)。
一般來(lái)說(shuō)，孔中心線與定位基準(zhǔn)面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機(jī)床，立式機(jī)床適宜加工定基準(zhǔn)面是水平的且被加工孔與基準(zhǔn)面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細(xì)長(zhǎng)工件。對(duì)大型箱體件采用單工位機(jī)床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機(jī)床加工。
此零件的加工特點(diǎn)是中心線與定位基準(zhǔn)平面是平行的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的，工件較小，其孔分布較密集，多軸箱體積較大，所以分兩次鉆孔，選擇臥式鉆床。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動(dòng)線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為2萬(wàn)件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時(shí)間，采用多軸頭，為了減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，此工序盡量在一臺(tái)機(jī)床上完成，以提高利用率。
(4) 機(jī)床使用條件
根據(jù)使用組合機(jī)床對(duì)對(duì)車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術(shù)能力和自然條件等的要求來(lái)選擇適合的組合機(jī)床。
綜合以上所述：通過(guò)對(duì)法蘭盤零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計(jì)三軸頭多工位同步鉆床。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 確定工序間余量
為使加工過(guò)程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機(jī)床對(duì)孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ17mm的孔在鉆孔時(shí)，直徑上工序間余量均為0.2mm。
2.2.2 選擇切削用量
確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的組合機(jī)床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1
式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各主軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于法蘭盤鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=5.8mm，進(jìn)給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min.
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過(guò)查表計(jì)算如下：
切削力： =26…………………………2.2
=26×17××
=2185.19 N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=8924.96N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=8924.96×18/(9740×3.17×17)
=0.38kw
式中： HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度（m/min）
P——切削功率(kw)
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
半軸套管的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為17mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、刃磨簡(jiǎn)單，選擇標(biāo)準(zhǔn)Φ17的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L(zhǎng)度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制
總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式——“三圖一卡”設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括：
繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。
2.3.1 被加工零件工序圖
1、被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺(tái)組合機(jī)床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾具部位及被加工零件的材料、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床的加工的內(nèi)容，加上必要的說(shuō)明繪制成的，是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。半軸套管鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如2.2所示。
圖上主要內(nèi)容：
（1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機(jī)床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對(duì)上道工序的技術(shù)要求等。
（2）本工序所選定的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。
（3）被加工零件的名稱、編號(hào)、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。
2、繪制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng)
（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時(shí)，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實(shí)線），并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)部位（用細(xì)實(shí)線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用粗實(shí)線標(biāo)記。如圖2.2中定位基準(zhǔn)，機(jī)械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號(hào)表示出來(lái)。
圖2.2 被加工零件工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為便于加工及檢查，有時(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則須對(duì)加工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。
2.3.2 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇動(dòng)力部件的主要依據(jù)，是整臺(tái)組合機(jī)床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要文件。圖2.3為半軸套管鉆孔的加工示意圖
圖2.3加工示意圖
在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容：
（1）機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。
（3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長(zhǎng)度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)算
（1）刀具的選擇
刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導(dǎo)向套的選擇
在組合機(jī)床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。
1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度v=18m/min，選擇固定式導(dǎo)向。
2）導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置
固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：
表2.1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺
d
d1
d2
d3
d4
l
l1
l2
l3
l4
L5
13.8
13.8
22
30
34
170
10
30
17
36
46
固定裝置的配合如下表：
表2.2 固定裝置的配合
導(dǎo)向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導(dǎo)向
部分外徑
固定
導(dǎo)向
鉆孔
G7（或F8）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2.4所示
圖2.4 固定導(dǎo)向裝置的布置
（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長(zhǎng)度
因?yàn)檩S的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據(jù)剛性條件計(jì)算主軸的直徑為：
dB……………………………………2.5
式中： d——軸直徑（mm）(22.51)
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
本設(shè)計(jì)中主軸直徑d=25mm,主軸外伸長(zhǎng)度為：L=115mm，D/為40/28。
（4）選擇刀具接桿
由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長(zhǎng)度為一定值，而刀具的長(zhǎng)度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個(gè)可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過(guò)可調(diào)整的刀具接桿來(lái)解決的,連接桿如圖2.5所示，
圖2.5 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長(zhǎng)度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2.3所示：
表2.3 可調(diào)接桿的尺寸
d
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
28
Tr28×2
莫氏1號(hào)
12.061
25
175
51
42
50
12
（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從保證加工終了時(shí)主軸箱端面到工件端面間距離最小來(lái)確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注如圖2.3所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸380mm）,它等于刀具懸伸長(zhǎng)度、螺母厚度、主軸外伸長(zhǎng)度與接桿伸出長(zhǎng)度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。
（6）工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定
如圖2.6工作進(jìn)給長(zhǎng)度應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度L與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。切入長(zhǎng)應(yīng)應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時(shí)取大值，因此取=5mm，切出長(zhǎng)度=1/3d+(3～8)= x13.8 +610mm，所以=30+7+10=45mm.
（7）快進(jìn)長(zhǎng)度的確定
考慮實(shí)際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長(zhǎng)度120-45=75mm.
圖2.6 工作進(jìn)給長(zhǎng)度
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
圖2.7 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
一般來(lái)說(shuō)，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——?jiǎng)恿ο?、?dòng)力滑臺(tái)、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來(lái)表示機(jī)床各組成部件的相互裝配和運(yùn)動(dòng)關(guān)
系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件的相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進(jìn)一步開(kāi)展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡(jiǎn)化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。
如圖2.7所示，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機(jī)床的布局形式，通用部件的型號(hào)、規(guī)格、動(dòng)力部件的運(yùn)動(dòng)尺寸和所用電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。
2、選用動(dòng)力部件
選用動(dòng)力部件主要選擇型號(hào)、規(guī)格合適的動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱。
（1）滑臺(tái)的選用 通常，根據(jù)滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式、所需進(jìn)給力、進(jìn)給速度、最大行程長(zhǎng)度和加工精度等因素來(lái)選用合適的滑臺(tái)。
1）驅(qū)動(dòng)形式的確定 根據(jù)對(duì)液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的性能特點(diǎn)比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺(tái)。
2）確定軸向進(jìn)給力 滑臺(tái)所需的進(jìn)給力
=∑=4×2185.19=8745N
式中： ——各主軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺(tái)工作時(shí)，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝8.745KN。
3）確定進(jìn)給速度 液壓滑臺(tái)的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)液壓滑臺(tái)確定切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)最小工作進(jìn)給速度的0.5～1倍;液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時(shí)，實(shí)際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=75mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。
4）確定滑臺(tái)行程 滑臺(tái)的行程除保證足夠的工作行程外，還應(yīng)留有前備量和后備量。前備量的作用是動(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)的余地，以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動(dòng)力部件有一定的向后移動(dòng)的余地，為方便裝卸刀具，這是取110mm,所以滑臺(tái)總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。
即：行程L＞120+20+110=250mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)1HY32ⅡA以及相配套的滑臺(tái)底座（1CC321型）。
（2）由下式確定動(dòng)力箱的選用 動(dòng)力箱主要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)選用，在多軸箱沒(méi)有設(shè)計(jì)之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝4×0.38／0.8
＝1.9KW
式中：η——多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工Q235，取η＝0.8．
動(dòng)力箱的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于計(jì)算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-6的1TD Y112M-6I型動(dòng)力箱，動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.4
主電機(jī)傳動(dòng)型號(hào)
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
主電機(jī)功率（）
配套主軸部件型號(hào)
電機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
D501TD32I
940
470
2.2
1HY32ⅡA,1CC321,1CD321
3、配套支承部件的選用
立柱底座1CD321。
4、確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為900mm。
5、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺(tái)在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CD321。
6、確定多軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為325mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=288 H=428.5
根據(jù)上述計(jì)算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=400×500mm。
2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過(guò)程、動(dòng)作時(shí)間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過(guò)生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對(duì)生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計(jì)算如下：
切削時(shí)間： T切= L/vf+t?！?.7
= 45/75＋10/415
=0.624 min
式中： T切——機(jī)加工時(shí)間（min）
L——工進(jìn)行程長(zhǎng)度（mm）
vf—— 刀具進(jìn)給量（mm/min）
t?！罁蹊F停留時(shí)間。一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～10 r所需要時(shí)間。這里取10r
輔助時(shí)間 T輔 = +t移+t裝……………………2.8
= （75＋120）/1000+0.1+2
= 2.295min
式中： L3、L4 ——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退長(zhǎng)度（mm）
vfk ——快速移動(dòng)速度（mm/min）
t移 ——工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.1 min
t裝 ——裝卸工件時(shí)間（min）一般為0.5～1.5min,取2min
機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單…………………………………2.9
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.624+2.295）
=14.76 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 η = Q1/Q×100%…………………………2.10
= Q1tk/A×100%
=14.12×1950/20000×100%
=64.08%
式中：Q——機(jī)床的理想生產(chǎn)率（件/h）
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）
tk——年工作時(shí)間，單班制工作時(shí)間tk =1950h
表2.5 生產(chǎn)率計(jì)算卡
2.4 多軸箱的設(shè)計(jì)
2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖2.8所示:
圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo)，工件加工孔對(duì)稱，選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo)，在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸。主軸部為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（面對(duì)主軸看）。
主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動(dòng)力部件的型號(hào)和性能參數(shù)如表 2.6所示：
表2.6 主軸外尺寸及切削用量
軸號(hào)
主軸外伸尺寸
工序
內(nèi)容
切削用量
D/d
L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2
3、4
48/28
115
鉆Φ13.8
415
18
0.18
75
注：1．被加工零件編號(hào)及名稱：箱蓋；材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241
2．動(dòng)力部件型號(hào)：1TD32I動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y112M-65；功率P＝2.2kw。
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇
本組合機(jī)床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算：
m=(30～32)=32×≈2.1……………2.11
式中：m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪所傳遞率（kw）
Z——對(duì)嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2.5。
2.4.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖2.8），畫出驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表：
表2.7 驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷O1
驅(qū)動(dòng)軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
X
－175
0
37
37
-37
-37
Y
0
70.5
85.5
173.5
173.5
85.5
（2）確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù)
圖2.9 齒輪的最小壁厚
1）最小齒數(shù)的確定
為保證齒輪齒根強(qiáng)度，有《組合機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，驅(qū)動(dòng)所以驅(qū)動(dòng)軸齒數(shù)要在21-24之間。
2）傳動(dòng)軸2為主軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。
多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動(dòng)軸出輪估算
………………………2.17
多軸箱輸入出輪模數(shù)取m=2.5。主軸1，2，3，4要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用降速傳動(dòng)。主軸齒數(shù)選取Z=21，傳動(dòng)齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為:
…………………………2.15
由于前面選取了主軸直徑為48，顯然傳動(dòng)軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動(dòng)軸種類和設(shè)計(jì)題目需要由于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動(dòng)軸至傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為:
……………………………2.16
所以選擇兩級(jí)傳動(dòng)，且傳動(dòng)比分配為：一級(jí)為1.0×1.0;二級(jí)為1.4×1.0。
驅(qū)動(dòng)軸的直徑為40mm，由《組合機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得知：t=33.3mm,當(dāng)m=3時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸上的齒數(shù)為：
Zmin≥………2.17
去驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)Z=24。
通用的齒輪有三種，即傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電機(jī)齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機(jī)床齒輪的選用按照下表選用
表2.8
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動(dòng)軸齒輪
24
32
17～50連續(xù)
17～70
2、2.5、3
2、2.5、3、4
15、20、30、35、40
25、30、35、40、50
傳動(dòng)軸齒輪
44（B型）
21-24
3
25、30、35、40、50
輸出軸齒輪
32
21-24
3
18、22、28、32、36
計(jì)算各主軸轉(zhuǎn)速
使各主軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)，由公式：V= 知：
n1=n2=n3=n4=18x1000/3.17/13.8=415r/min…………………2.18
2.3.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖
傳動(dòng)系統(tǒng)圖是表示傳動(dòng)關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動(dòng)軸將驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來(lái)，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意圖
圖中傳動(dòng)軸齒輪和驅(qū)動(dòng)軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動(dòng)軸是否正確。另外，應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。
2.3.5 傳動(dòng)零件的校核
（1）驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑
校核傳動(dòng)軸以承受的總扭矩最大傳動(dòng)軸4，由它驅(qū)動(dòng)的有主軸1、2、3、4和油泵軸6。
主軸扭矩：T1=T2=8924.96N·mm
油泵軸的扭矩：查得R12-1A油泵的最高壓力為0.3MPa、排量為4.88ml/r。假設(shè)在理想無(wú)泄漏狀態(tài)，
即： P·q=T·ω
式中：P——油泵的壓力N/㎡
q——油泵的排量m3/s
T——輸入扭矩N·m
ω——輸入角速度rad/s
單位換算： P=0.3MPa=0.3×106Pa
n =550r/min=9.17r/s…………………………………2.19
q=4.88×9.17=53.92ml/r=53.92×10-6m3/s…………………2.20
ω=2πn/60=2×3.17×550/60………………………………2.21
=57.57rad/s
代入公式： P·q=T·ω…………………………………………………2.22
53.92×10-6×0.3×106=57.57T6
解得：T6=281N·mm
T5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7………………………………………2.23
=2×3273.45/0.917+281/0.667
=44093.06N·mm
根據(jù) d=B=2.316×=33.6mm<35mm
因此傳動(dòng)軸4是符合要求的。
第3章 夾具設(shè)計(jì)
3.1 夾具概述
3.1.1 夾具分類
由機(jī)械制造工藝系統(tǒng)的組成—機(jī)床、工件、刀具和夾具可以看出夾具在機(jī)械加工中占有很重要的地位，是制造系統(tǒng)的重要組成部分。無(wú)論是傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是十分重要的。尤其在成批生產(chǎn)時(shí)更是大量的采用機(jī)床夾具，它們是機(jī)床和工件之間的連接裝置，使工件相對(duì)與機(jī)床或刀具獲得正確的位置。機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，好的夾具設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍。
機(jī)床夾具按其通用特性劃分可分為：通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具。按所使用的機(jī)床劃分可分為：車床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、磨床夾具、鏜床夾具等。機(jī)床夾具的組成元件一般包括：定位元件及定位裝置，夾緊元件及夾緊裝置，導(dǎo)向元件，對(duì)刀元件及定向元件，夾具體，其它元件及裝置。
3.1.2 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀
國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求與競(jìng)爭(zhēng)。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬(wàn)套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50～80％左右專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為10～20％左右。特別是近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求：
(1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本；
(2) 能裝夾一組具有相似性特征的工件；
(3) 能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具；
(4) 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具；
(5) 采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；
(6) 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。
3.1.3 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個(gè)方面：
(1) 標(biāo)準(zhǔn)化：機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。
(2) 精密化：隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達(dá)±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm 。
(3) 高效化：高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見(jiàn)的高效化夾具有自動(dòng)化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。
(4) 柔性化：具有高度柔性的夾具，能實(shí)現(xiàn)多種工藝要求的、具有一定相似性的不同零件的定位夾緊，縮短零件加工的準(zhǔn)備時(shí)間和輔助時(shí)間，穩(wěn)定性好，可靠性強(qiáng)。
3.2 夾具設(shè)計(jì)任務(wù)
為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，故需設(shè)計(jì)專用夾具。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求為設(shè)計(jì)專用夾具。所用機(jī)床為前面章節(jié)所設(shè)計(jì)的雙面臥式組合機(jī)床，生產(chǎn)規(guī)模為大批生產(chǎn)，孔精度要求IT13。
3.3 零件分析
本設(shè)計(jì)是要為鉆孔的夾具，最終實(shí)現(xiàn)將工件定位，更加精確和方便的完成鉆孔工作，并保證能夾緊工件，夾緊力要適中，不要使工件變形，又能保證工件所要求的加工精度。
零件圖標(biāo)出了工件的尺寸、形狀和位置、表面粗糙度等總體要求，它決定了工件在機(jī)床夾具中的放置方法，是設(shè)計(jì)機(jī)床夾具總體結(jié)構(gòu)的依據(jù),本工件放置方法應(yīng)如圖4-1所示。裝配圖給出了零件本工序的定位、夾緊原理方案。工件的工序基準(zhǔn)、已加工表面決定了機(jī)床夾具的方位方案，如選用平面定位、孔定位以及外圓面定位等；定位方案的選擇依據(jù)六點(diǎn)定位原理和采用的機(jī)床加工方法，定位方案不一定要定六個(gè)自由度，但要完全定位。工件的待加工表面是選擇機(jī)床、刀具的依據(jù)。確定夾緊機(jī)構(gòu)要依據(jù)零件的外型尺寸，選擇合適的定位點(diǎn)，確保夾緊力安全、可靠同時(shí)夾緊機(jī)構(gòu)不能與刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡相沖突。
3.4 定位機(jī)構(gòu)
定位支承系統(tǒng)主要由定位支承、輔助支承和一些限位元件組成。定位支承是指在加工過(guò)程中維持被加工零件有一定位置的元件，輔助支承是僅用作增加被加工零件在加工過(guò)程中剛度及穩(wěn)定性的一種活動(dòng)式支承元件。
由于定位支承元件直接與被加工零件接觸，因此其尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和布置都直接影響被加工零件的精度。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
(1)合理布置定位支承元件，力求使其組成較大的定位支承平面。最好使夾壓力的位置對(duì)準(zhǔn)定位支承元件。
(2) 提高剛性，減少定位支承系統(tǒng)的變形。
(3) 提高定位支承系統(tǒng)的精度及其元件的耐磨性，以便長(zhǎng)期保持夾具的定位精度。
(4) 可靠地排除定位支承部件的切屑。
此外，選擇工藝基面應(yīng)該遵循下面的原則：
1、應(yīng)當(dāng)盡量選用設(shè)計(jì)基面作為在組合機(jī)床上加工用的定位基面，這樣能減少累積誤差，